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JP3918911B2 - Rotation angle detection device, audio playback device, and head-mounted display device - Google Patents

Rotation angle detection device, audio playback device, and head-mounted display device Download PDF

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JP3918911B2
JP3918911B2 JP2001305527A JP2001305527A JP3918911B2 JP 3918911 B2 JP3918911 B2 JP 3918911B2 JP 2001305527 A JP2001305527 A JP 2001305527A JP 2001305527 A JP2001305527 A JP 2001305527A JP 3918911 B2 JP3918911 B2 JP 3918911B2
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Japan
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rotation angle
low
angular velocity
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head
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Sony Corp
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、被検出体の回転角速度を検出する角速度センサを用いた回転角検出装置、および回転角検出装置を備える音声再生装置や頭部装着型ディスプレイ装置などの電子機器に関する。
【0002】
【従来の技術】
角速度センサの出力の角速度検出信号を積分して、被検出体の回転角(回転角度)を検出することは、様々な分野で行われ、考えられている。
【0003】
例えば、ヘッドホンに角速度センサを取り付けて、ヘッドホンを装着したリスナ頭部の回転を検出し、その検出結果に応じて音声信号を処理することによって、リスナが左右の方向に向いても、音声信号の音像をリスナ頭外の任意の固定した位置に定位させて、その位置にスピーカが配置されている場合と同等の音場が得られるようにすることが考えられている。
【0004】
また、カーナビゲーションシステムでは、車の進行方向の変化を検出することによって正しい進行方向を算出し、これと車速センサの出力とによって、あるいは衛星を利用して位置を知るGPS(Global Positioning System)とを併用して、現在位置を算出している。
【0005】
しかし、角速度センサの出力の角速度検出信号中には、オフセット成分として、直流に近い非常に低い周波数の成分が含まれており、しかも、そのオフセット成分のレベルは、角速度センサごとにばらつき、温度などの環境の変化によって変動する。
【0006】
そのため、角速度センサの出力の角速度検出信号を、そのまま積分して回転角を検出すると、被検出体が静止しているときでも、回転しているものとして検出されてしまうとともに、被検出体が回転しているときにおいても、その回転角を正確に検出することができない。そのため、角速度センサの出力の角速度検出信号から、このオフセット成分を除去する必要がある。
【0007】
図6は、このオフセット成分を除去する従来の回転角検出装置を示す。この回転角検出装置では、角速度センサ10の出力信号が、A/Dコンバータ21でデジタルデータに変換されて、ローパスフィルタ22を通じて取り出される。ローパスフィルタ22は、角速度センサ10の出力信号から必要な帯域の成分を取り出すもので、そのカットオフ周波数は、例えば100Hzとされる。
【0008】
このローパスフィルタ22から取り出された角速度検出信号Doが、ハイパスフィルタ101に供給されて、オフセット成分である低周波成分が除去される。ハイパスフィルタ101のカットオフ周波数は、例えば0.01Hzとされる。
【0009】
しかし、オフセット成分を除去するために、角速度検出信号Doをハイパスフィルタ101を通じて取り出すと、図7に示すように、ハイパスフィルタ101の出力の角速度検出信号DpにバックラッシュBを生じ、これが積分回路103で積分されると、大きな誤差となる。
【0010】
そのため、ハイパスフィルタ101の出力の角速度検出信号Dpは、低レベル除去回路102に供給されて、角速度検出信号Dp中の、図7においてレベル範囲Lで示す低レベル信号が除去され、その除去後の角速度検出信号Dqが、積分回路103で積分される。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図6の従来の回転角検出装置では、ハイパスフィルタ101によって、もとの角速度検出信号Doからオフセット成分を除去するため、オフセット成分除去後の角速度検出信号DpにバックラッシュBを生じ、このバックラッシュBを除去するために、低レベル除去回路102によって、オフセット成分除去後の角速度検出信号Dp中の低レベル信号を除去するため、オフセット成分ではない角速度検出成分も一部、失われてしまって、回転角を高精度で検出することができない。
【0012】
ハイパスフィルタ101の時定数を大きくしてバックラッシュBを抑え、低レベル除去回路102で低レベル信号を除去することなく、ハイパスフィルタ101の出力の角速度検出信号Dpを、そのまま積分回路103で積分することも考えられる。しかし、そうすると、ハイパスフィルタ101が定常状態に達するのに時間がかかり、その間は、オフセット成分を除去することができなくなり、回転角を検出することができなくなる。
【0013】
そこで、この発明は、角速度センサを用いた回転角検出装置において、回転角を高精度で検出することができるようにしたものである。
【0014】
【課題を解決するための手段】
この発明の回転角検出装置は、
被検出体の回転角速度を検出する角速度センサの出力信号から、低周波成分を検出するローパスフィルタと、
その検出された低周波成分が、オフセット値として、複数サンプル分、書き込まれる記憶部と、
前記角速度センサの出力信号から、前記被検出体が回転しているか否かを判定する回転判定部と、
この回転判定部によって前記被検出体が回転していないと判定されたときには、前記ローパスフィルタによって検出された低周波成分を、オフセット値として前記記憶部に書き込み、前記回転判定部によって前記被検出体が回転していると判定されたときには、前記記憶部への低周波成分の書き込みを停止し、前記記憶部から複数サンプル分のオフセット値を読み出す制御部と、
前記記憶部から読み出された複数サンプル分のオフセット値の平均値を算出し、その算出結果を前記角速度センサの出力信号から減算し、その減算結果を積分する演算部と、
を備えるものとする。
【0015】
【発明の実施の形態】
〔回転角検出装置の実施形態…図1および図2〕
図1は、この発明の回転角検出装置の一実施形態を示す。
【0016】
被検出体1には、その回転角速度を検出する、圧電振動ジャイロなどの角速度センサ10を取り付ける。角速度センサ10の出力の角速度検出信号中には、オフセット成分として、直流に近い非常に低い周波数の成分が含まれており、しかも、そのオフセット成分のレベルは、角速度センサごとにばらつき、温度などの環境の変化によって変動する。
【0017】
この角速度センサ10の出力信号は、A/Dコンバータ21でデジタルデータに変換して、ローパスフィルタ22を通じて取り出す。ローパスフィルタ22は、角速度センサ10の出力信号から必要な帯域の成分を取り出すもので、そのカットオフ周波数は、例えば100Hzとする。
【0018】
このローパスフィルタ22から取り出された角速度検出信号Doは、オフセット検出部30内のローパスフィルタ31に供給して、低周波成分を検出する。ローパスフィルタ31のカットオフ周波数は、例えば、0.125Hz〜0.002Hzの範囲内で選定する。
【0019】
同時に、ローパスフィルタ22から取り出された角速度検出信号Doを、オフセット検出部30内の回転判定部32に供給して、回転判定部32によって、角速度検出信号Doの変化の程度から、被検出体1が回転しているか否かを判定する。
【0020】
具体的に、回転判定部32では、デジタルデータである角速度検出信号Doの1サンプルごとに、そのサンプル値を直前のサンプル値と比較して、両者の間の変化が所定の閾値以内であるときには、被検出体1が静止していると判定し、両者の間の変化が所定の閾値を超えるときには、被検出体1が回転していると判定するように、回転判定部32を構成する。
【0021】
この回転判定部32の判定結果は、バッファ制御部33に供給し、バッファ制御部33では、回転判定部32によって被検出体1が静止していると判定されたときには、そのときローパスフィルタ31によって検出された低周波成分を、オフセット値としてリングバッファ34に書き込む。
【0022】
リングバッファ34は、例えば、図2に示すように、最大16サンプル分のオフセット値を書き込むことができ、16サンプル分が書き込まれたときには、古いものから順に消去されて、新しいものが書き込まれるように構成する。
【0023】
バッファ制御部33では、回転判定部32によって被検出体1が回転していると判定されたときには、そのときローパスフィルタ31によって検出された低周波成分のリングバッファ34への書き込みを停止し、リングバッファ34から、これに書き込まれている最大16サンプル分のオフセット値を読み出す。
【0024】
そして、平均化処理部35で、このリングバッファ34から読み出された最大16サンプル分のオフセット値の平均値を算出し、加算回路40で、この平均化処理部35の算出結果の信号Dsを、信号検出部20のローパスフィルタ22からの角速度検出信号Do中のオフセット成分として、角速度検出信号Doから減算し、その減算結果の信号Dvを、オフセット成分除去後の角速度検出信号として、積分回路51で積分する。
【0025】
被検出体1が静止しているときの、ローパスフィルタ31によって検出された低周波成分は、角速度センサごとのばらつきや、温度などの環境の変化にかかわらず、角速度センサ10の出力の角速度検出信号Do中のオフセット成分に等しいのに対して、被検出体1が回転しているときの、ローパスフィルタ31によって検出された低周波成分は、角速度検出成分を含み、オフセット成分と一致しない。
【0026】
上述した回転角検出装置では、この被検出体1が静止しているときの、オフセット成分に等しい低周波成分のみを、リングバッファ34に書き込み、被検出体1が回転しているときには、直前の被検出体1が静止していたときの低周波成分を、リングバッファ34から読み出して、その平均値を、角速度センサ10の出力の角速度検出信号Doから減算するので、オフセット成分を確実かつ正確に除去することができ、回転角を高精度で検出することができる。
【0027】
ローパスフィルタ31の時定数は、制御信号Scによって変更できるようにし、被検出体1を備え、当該の回転角検出装置が設けられる電子機器の、電源投入時などの動作開始時には、時定数を小さくし、その後、次第に時定数を大きくする。
【0028】
これによって、電子機器の動作開始時、短時間でローパスフィルタ31を安定状態に収束させることができ、短時間で回転角の高精度の検出を開始することができる。
【0029】
出力処理部50では、必要に応じて、積分回路51の出力の回転角検出信号を、方位変換部52に供給して、被検出体1の基準方位に対する回転方向および回転角を、被検出体1の方位として検出する。
【0030】
〔音声再生装置の実施形態…図3および図4〕
この発明の回転角検出装置は、例えば、ヘッドホンによって音声を聴取し、かつリスナ頭外の任意の固定した位置に音像を定位させる音声再生装置に用いることができる。
【0031】
図3は、その原理を示し、リスナ3がヘッドホン5を装着して、その左右の音響変換器5Lおよび5Rによって音声を聴取し、リスナ3が左右の方向に向いても、音声信号の音像を、例えば、リスナ前方の正中面上の音源7で示す位置に定位させて、その位置にスピーカが配置されている場合と同等の音場を得るものである。この場合、音源7からリスナ3の左耳3Lおよび右耳3Rに至る伝達関数をHLおよびHRとする。
【0032】
図4は、この場合の、この発明の音声再生装置の一実施形態を示し、ヘッドホン5には角速度センサ10を取り付け、この角速度センサ10の出力信号を、図1に示した構成の回転角検出装置60に供給して、ヘッドホン5を装着したリスナ頭部の回転を検出する。
【0033】
この場合、回転角検出装置60の出力処理部50からは、そのときのリスナ頭部の方位(向き)θの、図3の音源7の方位θ0からの回転方向および回転角が検出されるようにする。
【0034】
この実施形態では、それぞれリスナ頭部の方位θがθ0,θ1,θ2,‥‥θnのときの、図3の音源7からリスナ3の左耳3Lに至る伝達関数HL(θ0),HL(θ1),HL(θ2),‥‥HL(θn)および音源7からリスナ3の右耳3Rに至る伝達関数HR(θ0),HR(θ1),HR(θ2),‥‥HR(θn)に相当するインパルス応答を畳み込むデジタルフィルタ71−0,71−1,71−2,‥‥71−nおよび72−0,72−1,72−2,‥‥72−nを設け、入力デジタル音声信号Diを、デジタルフィルタ71−0,71−1,71−2,‥‥71−nおよび72−0,72−1,72−2,‥‥72−nに供給する。θ1,θ2,‥‥θnは、θ0の方位から右回り方向および左回り方向に等角間隔で設定する。
【0035】
そして、セレクタ73Lによって、デジタルフィルタ71−0,71−1,71−2,‥‥71−nのうちの、回転角検出装置60からの検出信号によって示される、そのときのリスナ頭部の方位θに最も近い方位に対応するフィルタの出力信号を、ヘッドホン5の左側の音響変換器5Lに供給されるべき音声信号として取り出し、セレクタ73Rによって、デジタルフィルタ72−0,72−1,72−2,‥‥72−nのうちの、回転角検出装置60からの検出信号によって示される、そのときのリスナ頭部の方位θに最も近い方位に対応するフィルタの出力信号を、ヘッドホン5の右側の音響変換器5Rに供給されるべき音声信号として取り出す。
【0036】
セレクタ73Lおよび73Rの出力のデジタル音声信号は、D/Aコンバータ74Lおよび74Rでアナログ音声信号に変換し、その2系統のアナログ音声信号を、音声増幅回路75Lおよび75Rで増幅して、ヘッドホン5の左右の音響変換器5Lおよび5Rに供給する。
【0037】
この場合、音声再生装置の電源投入時などの動作開始時、回転角検出装置60の図1に示したローパスフィルタ31によって低周波成分が検出されるまでの間は、回転角検出装置60から正確な検出信号が得られず、音声信号Diの音像が所期の位置に定位されなくなる。
【0038】
そこで、制御信号Scによって音声増幅回路75Lおよび75Rを制御して、音声再生装置の動作開始時、回転角検出装置60の図1に示したローパスフィルタ31によって低周波成分が検出されるまでの間は、音声出力を無音状態とする。
【0039】
〔頭部装着型ディスプレイ装置の実施形態…図5〕
この発明の回転角検出装置は、例えば、頭部装着型ディスプレイ装置、いわゆるHMD(Head Mounted Display)に用いることができる。
【0040】
図5は、この発明の頭部装着型ディスプレイ装置の一実施形態を示す。頭部装着型ディスプレイ装置の頭部装着部81は、使用者9の眼前に位置する本体部82と、これを使用者9の耳にかけるアーム部83Lおよび83Rとからなり、本体部82に液晶パネルなどの映像表示部85Lおよび85Rが設けられる。
【0041】
この頭部装着部81に角速度センサ10を取り付けて、図1に示した構成の回転角検出装置60を設け、頭部装着部81を装着した使用者頭部の回転を検出する。
【0042】
この場合、回転角検出装置60の出力処理部50からは、そのときの使用者頭部の方位(向き)の、図5において使用者9の正面の方位からの回転方向および回転角が検出されるようにする。
【0043】
一方、入力端子91Lおよび91Rに得られるデジタル映像信号SLおよびSRを、映像処理部92Lおよび92Rに供給する。
【0044】
映像処理部92Lおよび92Rは、画像メモリを備え、回転角検出装置60からの検出信号によって、映像信号SLおよびSRの画像メモリへの書き込み、および画像メモリからの読み出しを制御することによって、後述のように、頭部装着部81の映像表示部85Lおよび85Rに表示される映像を、それぞれの表示画面86Lおよび86R上で左右方向に移動させることができるように構成する。
【0045】
映像処理部92Lおよび92Rからの映像信号は、D/Aコンバータ93Lおよび93Rでアナログ映像信号に変換し、そのアナログ映像信号を、表示駆動部94Lおよび94Rに供給し、表示駆動部94Lおよび94Rによって、映像表示部85Lおよび85Rを駆動する。
【0046】
使用者9が図5のように正面を向いた状態から、左方向に向いたときには、映像処理部92Lおよび92Rでの処理によって、映像表示部85Lおよび85Rの表示画面86Lおよび86R上の、使用者頭部の回転角に応じて右側に移動した位置に、それぞれ映像が表示されるようにし、逆に、使用者9が図5のように正面を向いた状態から、右方向に向いたときには、映像処理部92Lおよび92Rでの処理によって、映像表示部85Lおよび85Rの表示画面86Lおよび86R上の、使用者頭部の回転角に応じて左側に移動した位置に、それぞれ映像が表示されるようにする。
【0047】
これによって、使用者9は、映像表示部85Lおよび85Rが設けられた頭部装着部81を装着した状態で、左右の方向に向いても、正面の固定された位置に映像が表示されているように映像を見ることができる。
【0048】
この場合、頭部装着型ディスプレイ装置の電源投入時などの動作開始時、回転角検出装置60の図1に示したローパスフィルタ31によって低周波成分が検出されるまでの間は、回転角検出装置60から正確な検出信号が得られず、仮想的な映像表示位置が所期の位置に定まらなくなる。
【0049】
そこで、制御信号Scによって映像処理部92Lおよび92Rを制御して、頭部装着型ディスプレイ装置の動作開始時、回転角検出装置60の図1に示したローパスフィルタ31によって低周波成分が検出されるまでの間は、表示画面86Lおよび86R上で映像表示位置を移動させずに静止させ、または表示画面86Lおよび86R上に動作開始時の不安定な状態にある旨の警告を表示する。
【0050】
この実施形態の頭部装着型ディスプレイ装置と、図4に示した実施形態の音声再生装置とを組み合わせれば、視聴者が左右の方向に向いても、常に、視聴環境の一定位置に映像が表示されているように映像を見ることができ、視聴環境の一定位置に音像が定位する映像音声再生システムを構築することができる。
【0051】
【発明の効果】
上述したように、この発明によれば、角速度センサを用いた回転角検出装置において、回転角を高精度で検出することができる。
【0052】
また、低周波成分の検出用のローパスフィルタの時定数を、装置の動作開始時には相対的に小さくし、その後、相対的に大きくすることによって、装置の動作開始時、短時間でローパスフィルタを安定状態に収束させることができ、短時間で回転角の高精度の検出を開始することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の回転角検出装置の一実施形態を示す図である。
【図2】図1の回転角検出装置の一部を示す図である。
【図3】リスナ頭外の位置に音像を定位させる場合の説明に供する図である。
【図4】この発明の音声再生装置の一実施形態を示す図である。
【図5】この発明の頭部装着型ディスプレイ装置の一実施形態を示す図である。
【図6】従来の回転角検出装置を示す図である。
【図7】図6の回転角検出装置の説明に供する図である。
【符号の説明】
主要部については図中に全て記述したので、ここでは省略する。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a rotation angle detection device using an angular velocity sensor that detects a rotation angular velocity of a detection target, and an electronic apparatus such as a sound reproduction device and a head-mounted display device including the rotation angle detection device.
[0002]
[Prior art]
Integrating the angular velocity detection signal output from the angular velocity sensor to detect the rotation angle (rotation angle) of the detection target is performed and considered in various fields.
[0003]
For example, by attaching an angular velocity sensor to headphones, detecting the rotation of the head of the listener wearing the headphones, and processing the audio signal according to the detection result, even if the listener is directed in the left and right direction, It is considered that the sound image is localized at an arbitrary fixed position outside the listener's head so that a sound field equivalent to that obtained when a speaker is disposed at that position can be obtained.
[0004]
In the car navigation system, a correct traveling direction is calculated by detecting a change in the traveling direction of the vehicle, and a GPS (Global Positioning System) that knows the position by using this and the output of the vehicle speed sensor or by using a satellite. Is used together to calculate the current position.
[0005]
However, the angular velocity detection signal output from the angular velocity sensor includes an extremely low frequency component close to direct current as an offset component, and the level of the offset component varies from one angular velocity sensor to another. Fluctuates due to environmental changes.
[0006]
Therefore, when the angular velocity detection signal output from the angular velocity sensor is integrated as it is to detect the rotation angle, the detected object is detected as rotating even when the detected object is stationary, and the detected object rotates. Even during this time, the rotation angle cannot be detected accurately. Therefore, it is necessary to remove this offset component from the angular velocity detection signal output from the angular velocity sensor.
[0007]
FIG. 6 shows a conventional rotation angle detection device for removing this offset component. In this rotation angle detection device, the output signal of the angular velocity sensor 10 is converted into digital data by the A / D converter 21 and taken out through the low-pass filter 22. The low-pass filter 22 extracts a necessary band component from the output signal of the angular velocity sensor 10, and has a cutoff frequency of, for example, 100 Hz.
[0008]
The angular velocity detection signal Do extracted from the low-pass filter 22 is supplied to the high-pass filter 101, and low-frequency components that are offset components are removed. The cutoff frequency of the high pass filter 101 is, for example, 0.01 Hz.
[0009]
However, when the angular velocity detection signal Do is taken out through the high-pass filter 101 in order to remove the offset component, a backlash B is generated in the angular velocity detection signal Dp output from the high-pass filter 101 as shown in FIG. When integrated with, it becomes a big error.
[0010]
Therefore, the angular velocity detection signal Dp output from the high-pass filter 101 is supplied to the low level removal circuit 102, and the low level signal indicated by the level range L in FIG. 7 in the angular velocity detection signal Dp is removed. The angular velocity detection signal Dq is integrated by the integration circuit 103.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional rotation angle detection device of FIG. 6, since the offset component is removed from the original angular velocity detection signal Do by the high-pass filter 101, the backlash B is generated in the angular velocity detection signal Dp after the offset component is removed. In order to remove the backlash B, the low level removal circuit 102 removes the low level signal in the angular velocity detection signal Dp after the offset component has been removed. Therefore, some of the angular velocity detection components that are not offset components have also been lost. Thus, the rotation angle cannot be detected with high accuracy.
[0012]
The time constant of the high-pass filter 101 is increased to suppress the backlash B, and the angular velocity detection signal Dp output from the high-pass filter 101 is directly integrated by the integration circuit 103 without removing the low-level signal by the low-level removal circuit 102. It is also possible. However, in that case, it takes time for the high-pass filter 101 to reach a steady state, and during that time, the offset component cannot be removed and the rotation angle cannot be detected.
[0013]
Therefore, the present invention is configured to detect a rotation angle with high accuracy in a rotation angle detection device using an angular velocity sensor.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The rotation angle detection device of the present invention comprises:
A low-pass filter that detects a low-frequency component from an output signal of an angular velocity sensor that detects the rotational angular velocity of the detected object;
A storage unit in which the detected low frequency component is written as an offset value for a plurality of samples, and
A rotation determining unit that determines whether or not the detected object is rotating from an output signal of the angular velocity sensor;
When the rotation determining unit determines that the detected object is not rotating, the low frequency component detected by the low-pass filter is written in the storage unit as an offset value, and the rotation determining unit detects the detected object. A controller that stops writing low-frequency components to the storage unit and reads offset values for a plurality of samples from the storage unit,
An average value of offset values for a plurality of samples read from the storage unit, a calculation unit that subtracts the calculation result from the output signal of the angular velocity sensor, and integrates the subtraction result;
Shall be provided.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[Embodiment of Rotation Angle Detection Device ... FIGS. 1 and 2]
FIG. 1 shows an embodiment of a rotation angle detection device of the present invention.
[0016]
An angular velocity sensor 10 such as a piezoelectric vibration gyro that detects the rotational angular velocity is attached to the detection object 1. The angular velocity detection signal output from the angular velocity sensor 10 includes a component having a very low frequency close to DC as an offset component, and the level of the offset component varies from one angular velocity sensor to another, such as temperature. It fluctuates due to environmental changes.
[0017]
The output signal of the angular velocity sensor 10 is converted into digital data by the A / D converter 21 and taken out through the low-pass filter 22. The low-pass filter 22 extracts a necessary band component from the output signal of the angular velocity sensor 10, and its cutoff frequency is set to 100 Hz, for example.
[0018]
The angular velocity detection signal Do extracted from the low-pass filter 22 is supplied to a low-pass filter 31 in the offset detection unit 30 to detect a low frequency component. The cutoff frequency of the low-pass filter 31 is selected within the range of 0.125 Hz to 0.002 Hz, for example.
[0019]
At the same time, the angular velocity detection signal Do extracted from the low-pass filter 22 is supplied to the rotation determination unit 32 in the offset detection unit 30, and the rotation determination unit 32 determines the detected object 1 from the degree of change in the angular velocity detection signal Do. It is determined whether or not is rotating.
[0020]
Specifically, the rotation determination unit 32 compares the sample value with the immediately preceding sample value for each sample of the angular velocity detection signal Do that is digital data, and the change between the two is within a predetermined threshold value. The rotation determination unit 32 is configured to determine that the detection target 1 is stationary and to determine that the detection target 1 is rotating when the change between the two exceeds a predetermined threshold.
[0021]
The determination result of the rotation determination unit 32 is supplied to the buffer control unit 33. When the rotation control unit 32 determines that the detection target 1 is stationary, the buffer control unit 33 uses the low-pass filter 31 at that time. The detected low frequency component is written in the ring buffer 34 as an offset value.
[0022]
For example, as shown in FIG. 2, the ring buffer 34 can write offset values for up to 16 samples. When 16 samples are written, the oldest one is erased and the new one is written. Configure.
[0023]
When the rotation determining unit 32 determines that the detection target 1 is rotating, the buffer control unit 33 stops writing the low-frequency component detected by the low-pass filter 31 to the ring buffer 34 at that time. The offset value for a maximum of 16 samples written in the buffer 34 is read out.
[0024]
Then, the averaging processing unit 35 calculates an average value of offset values for a maximum of 16 samples read from the ring buffer 34, and the adding circuit 40 generates a signal Ds as a calculation result of the averaging processing unit 35. The integration circuit 51 subtracts the subtracted signal Dv from the angular velocity detection signal Do as an offset component in the angular velocity detection signal Do from the low-pass filter 22 of the signal detector 20 and uses the resulting signal Dv as the angular velocity detection signal after the offset component is removed. Integrate with.
[0025]
The low-frequency component detected by the low-pass filter 31 when the detection object 1 is stationary is an angular velocity detection signal output from the angular velocity sensor 10 regardless of variations among the angular velocity sensors or changes in the environment such as temperature. In contrast to the offset component in Do, the low frequency component detected by the low pass filter 31 when the detection object 1 is rotating includes an angular velocity detection component and does not match the offset component.
[0026]
In the rotation angle detection device described above, only the low frequency component equal to the offset component when the detected object 1 is stationary is written in the ring buffer 34, and when the detected object 1 is rotating, The low frequency component when the detected object 1 is stationary is read from the ring buffer 34, and the average value is subtracted from the angular velocity detection signal Do of the output of the angular velocity sensor 10, so that the offset component is reliably and accurately obtained. The rotation angle can be detected with high accuracy.
[0027]
The time constant of the low-pass filter 31 can be changed by the control signal Sc, and the time constant is reduced at the start of operation of the electronic apparatus including the detection target 1 and provided with the rotation angle detection device, such as when the power is turned on. Thereafter, the time constant is gradually increased.
[0028]
As a result, when the operation of the electronic device is started, the low-pass filter 31 can be converged to a stable state in a short time, and high-precision detection of the rotation angle can be started in a short time.
[0029]
In the output processing unit 50, the rotation angle detection signal output from the integration circuit 51 is supplied to the azimuth conversion unit 52 as necessary, and the rotation direction and the rotation angle with respect to the reference azimuth of the detection target 1 are detected. Detected as one direction.
[0030]
[Embodiment of Audio Reproducing Device ... FIGS. 3 and 4]
The rotation angle detection device of the present invention can be used, for example, in a sound reproducing device that listens to sound using headphones and localizes a sound image at an arbitrary fixed position outside the listener's head.
[0031]
FIG. 3 shows the principle, in which the listener 3 wears the headphones 5 and listens to the sound by the left and right acoustic transducers 5L and 5R, and the sound image of the sound signal is obtained even if the listener 3 is directed in the left and right directions. For example, a sound field equivalent to the case where a speaker is disposed at a position indicated by the sound source 7 on the median plane in front of the listener is obtained. In this case, the transfer functions from the sound source 7 to the left ear 3L and the right ear 3R of the listener 3 are HL and HR.
[0032]
FIG. 4 shows an embodiment of the sound reproducing apparatus of the present invention in this case. An angular velocity sensor 10 is attached to the headphone 5, and an output signal of the angular velocity sensor 10 is detected as a rotation angle of the configuration shown in FIG. Supplied to the device 60 to detect the rotation of the head of the listener wearing the headphones 5.
[0033]
In this case, the output processing unit 50 of the rotation angle detection device 60 detects the rotation direction and rotation angle of the listener head direction (direction) θ from the direction θ0 of the sound source 7 in FIG. To.
[0034]
In this embodiment, the transfer functions HL (θ0) and HL (θ1) from the sound source 7 in FIG. 3 to the left ear 3L of the listener 3 when the listener head direction θ is θ0, θ1, θ2,. ), HL (θ2),... HL (θn) and the transfer functions HR (θ0), HR (θ1), HR (θ2),... HR (θn) from the sound source 7 to the right ear 3R of the listener 3 Digital filters 71-0, 71-1, 71-2,... 71-n and 72-0, 72-1, 72-2,. Are supplied to the digital filters 71-0, 71-1, 71-2, ... 71-n and 72-0, 72-1, 72-2, ... 72-n. θ1, θ2,... θn are set at equiangular intervals in the clockwise direction and the counterclockwise direction from the direction of θ0.
[0035]
Then, the orientation of the listener head at that time indicated by the detection signal from the rotation angle detection device 60 among the digital filters 71-0, 71-1, 71-2, ... 71-n by the selector 73L. The output signal of the filter corresponding to the azimuth closest to θ is taken out as an audio signal to be supplied to the acoustic transducer 5L on the left side of the headphone 5, and the digital filters 72-0, 72-1, 72-2 are selected by the selector 73R. ,... 72-n, the output signal of the filter corresponding to the direction closest to the direction θ of the listener's head indicated by the detection signal from the rotation angle detection device 60 is Extracted as an audio signal to be supplied to the acoustic transducer 5R.
[0036]
The digital audio signals output from the selectors 73L and 73R are converted into analog audio signals by the D / A converters 74L and 74R, and the two analog audio signals are amplified by the audio amplifier circuits 75L and 75R. The left and right acoustic transducers 5L and 5R are supplied.
[0037]
In this case, the rotation angle detection device 60 does not detect the low-frequency component until the low-pass filter 31 shown in FIG. A detection signal cannot be obtained, and the sound image of the audio signal Di is not localized at the desired position.
[0038]
Therefore, the audio amplification circuits 75L and 75R are controlled by the control signal Sc, and until the low frequency component is detected by the low-pass filter 31 shown in FIG. Makes the audio output silent.
[0039]
[Embodiment of Head Mounted Display Device ... FIG. 5]
The rotation angle detection device of the present invention can be used, for example, in a head-mounted display device, so-called HMD (Head Mounted Display).
[0040]
FIG. 5 shows an embodiment of the head-mounted display device of the present invention. The head mounting portion 81 of the head mounted display device includes a main body portion 82 that is located in front of the user 9 and arm portions 83L and 83R that put it on the user 9's ears. Video display portions 85L and 85R such as a panel are provided.
[0041]
The angular velocity sensor 10 is attached to the head mounting portion 81, and the rotation angle detecting device 60 having the configuration shown in FIG. 1 is provided to detect the rotation of the user's head wearing the head mounting portion 81.
[0042]
In this case, the output processing unit 50 of the rotation angle detection device 60 detects the rotation direction and rotation angle of the orientation (direction) of the user's head at that time from the orientation of the front of the user 9 in FIG. So that
[0043]
On the other hand, the digital video signals SL and SR obtained at the input terminals 91L and 91R are supplied to the video processing units 92L and 92R.
[0044]
The video processing units 92L and 92R include an image memory, and control the writing of the video signals SL and SR to the image memory and the reading from the image memory by a detection signal from the rotation angle detection device 60, which will be described later. As described above, the video displayed on the video display units 85L and 85R of the head-mounted unit 81 can be moved in the left-right direction on the respective display screens 86L and 86R.
[0045]
The video signals from the video processing units 92L and 92R are converted into analog video signals by the D / A converters 93L and 93R, and the analog video signals are supplied to the display driving units 94L and 94R. The display driving units 94L and 94R The video display units 85L and 85R are driven.
[0046]
When the user 9 turns from the front side as shown in FIG. 5 to the left side, the use on the display screens 86L and 86R of the video display units 85L and 85R is performed by the processing in the video processing units 92L and 92R. When the user 9 turns to the right from the front side as shown in FIG. 5, the video is displayed at the position moved to the right according to the rotation angle of the head of the person. By the processing in the video processing units 92L and 92R, the video is displayed on the display screens 86L and 86R of the video display units 85L and 85R at positions moved to the left according to the rotation angle of the user's head. Like that.
[0047]
As a result, the user 9 is displaying the image at a fixed position on the front even when facing the left and right direction with the head mounting portion 81 provided with the image display portions 85L and 85R mounted. As you can see the picture.
[0048]
In this case, the rotation angle detection device until the low-frequency component is detected by the low-pass filter 31 shown in FIG. 1 of the rotation angle detection device 60 at the start of operation such as when the head-mounted display device is turned on. An accurate detection signal cannot be obtained from 60, and the virtual video display position cannot be determined as the intended position.
[0049]
Therefore, the video processing units 92L and 92R are controlled by the control signal Sc, and the low-frequency component is detected by the low-pass filter 31 shown in FIG. 1 of the rotation angle detection device 60 when the head-mounted display device starts operating. Until the video display position is not moved on the display screens 86L and 86R, the display screen 86L and 86R are stopped, or a warning that the operation is unstable is displayed on the display screens 86L and 86R.
[0050]
When the head-mounted display device of this embodiment is combined with the audio playback device of the embodiment shown in FIG. 4, an image is always displayed at a fixed position in the viewing environment even when the viewer is directed in the left-right direction. It is possible to construct a video / audio reproduction system in which a video can be viewed as displayed and a sound image is localized at a certain position in the viewing environment.
[0051]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the rotation angle can be detected with high accuracy in the rotation angle detection device using the angular velocity sensor.
[0052]
In addition, the time constant of the low-pass filter for detecting low-frequency components is relatively small at the start of device operation, and then relatively large, so that the low-pass filter can be stabilized in a short time at the start of device operation. It is possible to converge to the state, and to start the detection of the rotation angle with high accuracy in a short time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a rotation angle detection device of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a part of the rotation angle detection device of FIG. 1;
FIG. 3 is a diagram for explaining the case where a sound image is localized at a position outside the listener's head.
FIG. 4 is a diagram showing an embodiment of an audio playback device of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing an embodiment of a head mounted display device according to the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating a conventional rotation angle detection device.
7 is a diagram for explaining the rotation angle detection device of FIG. 6;
[Explanation of symbols]
Since all the main parts are described in the figure, they are omitted here.

Claims (7)

被検出体の回転角速度を検出する角速度センサの出力信号から、低周波成分を検出するローパスフィルタと、
その検出された低周波成分が、オフセット値として、複数サンプル分、書き込まれる記憶部と、
前記角速度センサの出力信号から、前記被検出体が回転しているか否かを判定する回転判定部と、
この回転判定部によって前記被検出体が回転していないと判定されたときには、前記ローパスフィルタによって検出された低周波成分を、オフセット値として前記記憶部に書き込み、前記回転判定部によって前記被検出体が回転していると判定されたときには、前記記憶部への低周波成分の書き込みを停止し、前記記憶部から複数サンプル分のオフセット値を読み出す制御部と、
前記記憶部から読み出された複数サンプル分のオフセット値の平均値を算出し、その算出結果を前記角速度センサの出力信号から減算し、その減算結果を積分する演算部と、
を備える回転角検出装置。
A low-pass filter that detects a low-frequency component from an output signal of an angular velocity sensor that detects a rotational angular velocity of the detected object;
A storage unit in which the detected low frequency component is written as a plurality of samples as an offset value;
A rotation determining unit that determines whether or not the detected object is rotating from an output signal of the angular velocity sensor;
When the rotation determining unit determines that the detected object is not rotating, the low frequency component detected by the low-pass filter is written in the storage unit as an offset value, and the rotation determining unit detects the detected object. A controller that stops writing low-frequency components to the storage unit and reads offset values for a plurality of samples from the storage unit,
An average value of offset values for a plurality of samples read from the storage unit, a calculation unit that subtracts the calculation result from the output signal of the angular velocity sensor, and integrates the subtraction result;
A rotation angle detection device comprising:
請求項1の回転角検出装置において、
前記ローパスフィルタの時定数が、装置の動作開始時には相対的に小さくされ、その後、相対的に大きくされる回転角検出装置。
In the rotation angle detection apparatus of Claim 1,
A rotation angle detection device in which the time constant of the low-pass filter is relatively reduced at the start of operation of the device and then relatively increased.
請求項1または2の回転角検出装置を備える音声再生装置であって、前記角速度センサがヘッドホンに取り付けられ、前記回転角検出装置の出力信号によって音声信号が制御される音声再生装置。3. A sound reproduction device comprising the rotation angle detection device according to claim 1 or 2, wherein the angular velocity sensor is attached to a headphone, and the sound signal is controlled by an output signal of the rotation angle detection device. 請求項3の音声再生装置において、
装置の動作開始時、前記回転角検出装置の前記ローパスフィルタによって低周波成分が検出されるまでの間は、音声出力が無音状態とされる音声再生装置。
The sound reproducing device according to claim 3,
A sound reproducing device in which sound output is silenced at the start of operation of the device until a low frequency component is detected by the low-pass filter of the rotation angle detecting device.
請求項1または2の回転角検出装置を備える頭部装着型ディスプレイ装置であって、その頭部装着部に前記角速度センサが取り付けられ、前記回転角検出装置の出力信号によって、前記頭部装着部に設けられた映像表示部上での映像表示が制御される頭部装着型ディスプレイ装置。A head-mounted display device comprising the rotation angle detection device according to claim 1, wherein the angular velocity sensor is attached to the head mounting portion, and the head mounting portion is determined by an output signal of the rotation angle detection device. A head-mounted display device in which video display on a video display unit provided in the head is controlled. 請求項5の頭部装着型ディスプレイ装置において、
装置の動作開始時、前記回転角検出装置の前記ローパスフィルタによって低周波成分が検出されるまでの間は、前記映像表示部上で映像表示位置が静止され、または前記映像表示部上に警告が表示される頭部装着型ディスプレイ装置。
The head-mounted display device according to claim 5,
At the start of the operation of the device, the video display position is stopped on the video display unit or a warning is displayed on the video display unit until the low-frequency component is detected by the low-pass filter of the rotation angle detection device. Head mounted display device to be displayed.
請求項1または2の回転角検出装置を備える電子機器。An electronic device comprising the rotation angle detection device according to claim 1.
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